石墨烯電池為什么沒(méi)有取代鋰電池成為電動(dòng)車電池？

石墨烯電池為什么沒(méi)有取代鋰電池成為電動(dòng)車電池？

石墨烯被研究者和各大媒體譽(yù)為“新材料之王”，是人類已知強(qiáng)度高、韌性好、重量輕、透光率高、導(dǎo)電性佳的新型納米材料。本文討論石墨烯電池為什么沒(méi)有取代鋰電池成為電動(dòng)車的電池？歡迎專業(yè)人士發(fā)表對(duì)石墨烯及石墨烯電池的見(jiàn)解，請(qǐng)?jiān)谙路搅粞詤^(qū)留言。

石墨烯電池為什么沒(méi)有取代鋰電池成為電動(dòng)車電池？

集萬(wàn)千光芒于一身的石墨烯聚合電池，有著比能量高、充電速率快等優(yōu)點(diǎn)，正好是當(dāng)今電動(dòng)汽車的痛點(diǎn)所在。比如早在2015年，華為瓦特實(shí)驗(yàn)室在日本第56屆日本電池大會(huì)上發(fā)布的一項(xiàng)快充技術(shù)，這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘，就可獲得高達(dá)48%的電量。

更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學(xué)，合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。

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按他們的說(shuō)法，這款電池有著諸多優(yōu)點(diǎn)：

1、一個(gè)石墨烯電池的比能量超過(guò)600wh/kg，儲(chǔ)電量是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)最好產(chǎn)品的三倍，這個(gè)表現(xiàn)放在當(dāng)今都能呈碾壓態(tài)勢(shì)（比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右）；

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2、單次續(xù)航里程可高達(dá)1000公里；

3、單次完全充電僅需8分鐘以內(nèi)；

4、使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，鋰電池的兩倍；

5、重量?jī)H為傳統(tǒng)電池的一半；

6、Graphenano表示，此款電池的成本比鋰電池低77%。

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如果從實(shí)驗(yàn)室角度看，這些數(shù)據(jù)我并不十分懷疑，因?yàn)槭╇姵赜直环Q為“圈錢(qián)利器”或“論文利器”。不信去大學(xué)看看就知道了，研究這東西很好發(fā)文章，但真到實(shí)用階段，基本都啞火了。

驗(yàn)證這是不是故意貶低石墨烯電池，方法很簡(jiǎn)單。比如距今已經(jīng)過(guò)去了4年之久，Graphenano公司再也沒(méi)出現(xiàn)在我們的視野中。

從其官網(wǎng)看，最新的新聞基本都是參加國(guó)家會(huì)議或石墨烯在其他產(chǎn)品上的應(yīng)用（比如牙科產(chǎn)品）。放著廣闊的電動(dòng)汽車市場(chǎng)不要，賺醫(yī)學(xué)用品的錢(qián)，要么就是腦袋秀逗了，要么就是我們過(guò)分高估了他們的產(chǎn)品。

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事實(shí)上就目前石墨烯在電池上的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要是和硅結(jié)合，所謂的石墨烯電池，本質(zhì)上還是屬于鋰電池。對(duì)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，石墨烯作為碳基負(fù)極材料，是沒(méi)有辦法從根本上改變鋰離子電池能量比數(shù)量級(jí)的。

在電池負(fù)極里面代替原來(lái)的石墨，雖然可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限，并沒(méi)到上文所述那般強(qiáng)勢(shì)。

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附：上圖為斯坦福大學(xué)崔屹教授團(tuán)隊(duì)在Nature Nanotechnology上發(fā)表的題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。即便如此，其性能也沒(méi)有達(dá)到碾壓的程度。

當(dāng)然，這并不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因，量產(chǎn)化困難的主要原因在其內(nèi)部。

1、 全石墨烯電池成本十分高昂，而且制備難度大，幾乎不可能量產(chǎn)?，F(xiàn)在公布的一些驚人數(shù)據(jù)基本都來(lái)自純度極高的石墨烯電池，僅出現(xiàn)在概念階段或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)；

2、 “摻雜石墨烯電池”在鋰電池上的作用是導(dǎo)電劑或電極嵌鋰材料，但與傳統(tǒng)的導(dǎo)電碳和石墨低廉的成本相比，前者帶來(lái)的性能提升不足以吸引各廠家；

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3、 石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質(zhì)，與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系無(wú)法相容；

4、 除此之外，比如其他材料的沖擊（比如硅在做負(fù)極上有著更高的理論容量）和分散工藝難度高等問(wèn)題，都制約著它在鋰電池上的應(yīng)用。

總之，首先要說(shuō)明的是，石墨烯電池取代鋰電池在中短期內(nèi)基本是不可能的；“摻雜石墨烯鋰電池”雖然有著一定的應(yīng)用前景，但收效并不大，完全不足以撼動(dòng)現(xiàn)今的格局。





目前，在世界范圍內(nèi)，新能源汽車已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，全世界各國(guó)政策都是大力支持，并且，很多國(guó)家甚至都已經(jīng)制定了傳統(tǒng)燃油車退市的時(shí)間表，可以說(shuō)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，新能源車或?qū)⑷嫒〈鷤鹘y(tǒng)燃油車。而新能源車當(dāng)中，各國(guó)尤以發(fā)展純電動(dòng)車為主要方向。

在電動(dòng)車當(dāng)中，三電系統(tǒng)是核心，而其中的電池則是核心中的核心，電池作為動(dòng)力能量以及全車電力的來(lái)源，擔(dān)當(dāng)著十分重要的角色。目前，電動(dòng)車主流的電池都是采用鋰電池，這種電池能量密度適中，而且也較為成熟，制造成本也比較有優(yōu)勢(shì)。但是，鋰電池也有非常致命的弱點(diǎn)，比如，安全性差，容易引發(fā)火災(zāi)；比如，充電速度慢，最快也要幾個(gè)小時(shí)。

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不僅如此，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗高。因?yàn)殇囯x子電池的電解液為有機(jī)溶劑，其電導(dǎo)率比鎳鎘電池、鎳氫電池的水溶液電解液要低得多，所以，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗比鎳鎘、鎳氫電池約大11倍。如直徑為18mm、長(zhǎng)50mm的單體電池的阻抗大約達(dá)90mΩ。

除此之外，鋰電池工作電壓變化較大。比如電池放電到額定容量的80%時(shí)，鎳鎘電池的電壓變化很?。s20%），鋰離子電池的電壓變化較大（約40%）。對(duì)電池供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是嚴(yán)重的缺點(diǎn)，但是由于鋰離子電池放電電壓變化較大，也很容易據(jù)此檢測(cè)電池的剩余電量。

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而石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯已經(jīng)不是什么新鮮概念了，國(guó)內(nèi)外眾專家學(xué)者搞了t很多年，雖然有一些振奮人心的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和成果，然而也僅僅是在實(shí)驗(yàn)室里的理論探究階段，其制造加工、應(yīng)用效能等方面都問(wèn)題重重。因此，石墨烯電池現(xiàn)在還不能滿足量產(chǎn)的條件，因此暫時(shí)無(wú)法取代鋰電池。




近日，菲科斯公司推出了一款石墨烯電池汽車，非常吸引眼球。

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石墨烯電池技術(shù)汽車的出現(xiàn)，很大程度上會(huì)大大緩解純電動(dòng)汽車的所帶來(lái)的充電時(shí)間問(wèn)題以及滿電狀態(tài)下的行駛里程焦慮！

不過(guò)目前市面上宣稱的“石墨烯電池”是一個(gè)不準(zhǔn)確的概念，準(zhǔn)確的講基本上都是在材料中加入一點(diǎn)石墨烯，以提高鋰電池的部分性能，可以叫為石墨烯基鋰離子電池。

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這一技術(shù)的最大特點(diǎn)就是能夠大幅提高電池的熱穩(wěn)定性和使用壽命，要知道之前的鋰電池在高溫下工作不僅效率低，而且會(huì)極大地降低壽命。

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石墨烯，是由碳原子組成的單原子層平面薄膜，是目前世界上已知的最輕薄、最堅(jiān)硬的納米材料，因?yàn)橹挥幸粚釉?，電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上，使石墨烯成為了世界上導(dǎo)電性最好的材料。

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目前，幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類負(fù)極材料，在負(fù)極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料。由此可見(jiàn)，石墨烯在鋰離子電池里面可能發(fā)揮作用的領(lǐng)域只有兩個(gè)：直接用于負(fù)極材料和用于導(dǎo)電添加劑。

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但是使用石墨烯作為導(dǎo)電劑成本比普通的炭黑高很多，鋰電池的成本是關(guān)鍵的控制因素，不降低原材料的成本，即使石墨烯電學(xué)性能再好，一噸幾十萬(wàn)的成本消耗電池廠家也用不起。

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如果綜合考量材料成本、生產(chǎn)工藝、加工性和電化學(xué)性能，其制造加工、應(yīng)用效能等方面都問(wèn)題重重。石墨烯可以作為鋰電池的調(diào)味品，但是作為主材就不太合適了。因此，石墨烯電池替代鋰電池成為電動(dòng)汽車電池的可能性很小，產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。




什么是石墨烯電池

我們先了解下什么是石墨烯電池，它是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新能源電池。

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為什么石墨烯電池被稱為神奇的材料

作為目前最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯的概念自2004年問(wèn)世以來(lái)一直備受關(guān)注。以動(dòng)力電池領(lǐng)域?yàn)槔?，石墨烯是具有良好?yīng)用前景的鋰離子電池正負(fù)極材料。同時(shí)，石墨烯聚合材料電池的重量?jī)H為傳統(tǒng)電池50%，成本將比鋰電池低77%。從性能來(lái)看，石墨烯鋰電池充電一次，耗時(shí)也不超過(guò)10分鐘。由于其獨(dú)有的特性，石墨烯被稱為“神奇材料”，科學(xué)家甚至預(yù)言其將“徹底改變21世紀(jì)”。

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為什么沒(méi)有取代鋰電池

眾說(shuō)周知目前電動(dòng)車的鋰電池多采用三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池，但我國(guó)鋰礦及鈷礦儲(chǔ)量不足，卻成了潛伏在電動(dòng)汽車發(fā)展道路上的一個(gè)阻礙，為了避免受制于人，必須開(kāi)發(fā)新材料電池。因?yàn)槭┑膬?yōu)秀特性，所以它是一個(gè)不錯(cuò)的方向。

但為什么現(xiàn)在石墨烯電池沒(méi)有取代鋰電池呢？是因?yàn)槭╇姵啬壳岸喾矫婕夹g(shù)難以突破，因此還是一種處于實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)物。

所以，石墨烯電池現(xiàn)在還不能滿足量產(chǎn)的條件，因此暫時(shí)無(wú)法取代鋰電池。

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我在新能源行業(yè)已從業(yè)五年多了，關(guān)于石墨烯電池與鋰電池的區(qū)別還是有些了解的，至于它之所以沒(méi)有取代后者成為電動(dòng)車的電池的原因也是很鮮明，即石墨烯電池制作太過(guò)繁瑣，價(jià)格太過(guò)昂貴，但兩者又在相互融合。

1、石墨烯的由來(lái)與優(yōu)勢(shì)。2004年，英國(guó)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是人類首次分離出石墨烯，它也即將成為硅的替代品，也被人們稱之為“黑金”，之所以如此，是因?yàn)樗鞘澜缟夏壳鞍l(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的納米材料，并且?guī)缀跏峭该鞯拇嬖冢梢酝昝赖闹谱鞒扇缤该鞯挠|摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。

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2、鋰電池與石墨烯的關(guān)系?，F(xiàn)在，已有許多鋰電行業(yè)對(duì)石墨烯在鋰電池里的應(yīng)用展開(kāi)了研究，主要有兩個(gè)方向的研究：①石墨烯用于鋰電正極材料；②石墨烯用于鋰電負(fù)極材料。據(jù)一些新聞報(bào)道，這些實(shí)驗(yàn)性研究所獲得的電化學(xué)性能提升幅度有限，此外成本也很高，即石墨烯暫時(shí)無(wú)法商業(yè)化應(yīng)用于鋰電成本高昂是主因。

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瓦特實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家李陽(yáng)興曾說(shuō)：“石墨烯鋰電池技術(shù)主要解決了三個(gè)難題：第一，電解液加入特殊添加劑，避免其高溫分解；第二，選大單晶三元材料做正極，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性；第三，石墨烯的加入，實(shí)現(xiàn)高效散熱。”




電池作為電動(dòng)車的動(dòng)力來(lái)源從一開(kāi)始就是一個(gè)環(huán)保偽命題，電池只能作為汽車輔助存在。

理由：1、電池通俗理解就是一個(gè)裝滿電子的池子，使用石墨稀或鋰無(wú)非就是池里多裝點(diǎn)電子，鋰離子可帶的電子比石墨稀高，所以第一個(gè)就是錯(cuò)誤方向。

2、帶電子越多越不穩(wěn)定，就算石墨稀有了容量突破，結(jié)果就是增加一個(gè)危險(xiǎn)因素。搞不好爆炸比鋰電池更可怕。

3、帶電子是一種能力，輕松釋放電子又是一另一個(gè)問(wèn)題，石墨稀根本就不容易釋放電子。這又是一個(gè)方向錯(cuò)誤的。

所以不用聽(tīng)別人吹牛逼說(shuō)有突破90%是不靠譜的，當(dāng)然如果使用石墨稀混合其它更優(yōu)物質(zhì)除外。

總結(jié)：石墨稀別說(shuō)代替鋰電池，自身能否發(fā)展都是一個(gè)問(wèn)題。

納米出來(lái)后借納米技術(shù)炒作，量子出來(lái)后借量子技術(shù)炒作，石墨烯出來(lái)后又有人炒作。技術(shù)的突破總是太多人不了解這個(gè)技術(shù)是什么，反而亂應(yīng)用、亂借題融資。所以石墨稀電池智者見(jiàn)智吧！




我對(duì)石墨烯的研究已經(jīng)好多年了，因?yàn)槭┊a(chǎn)業(yè)園就在我們常州，這里無(wú)數(shù)的科研人員在日夜研發(fā)攻克難關(guān)，這個(gè)電池不是不可以研發(fā)出來(lái)，目前已經(jīng)研發(fā)成功，但是研發(fā)的產(chǎn)品必須讓市場(chǎng)接受，要滿足市場(chǎng)的需求，問(wèn)題是目前的技術(shù)無(wú)法符合市場(chǎng)需求，最核心的問(wèn)題是價(jià)格，再?zèng)]找到最廉價(jià)的替代輔助材料之前，你我大家都買(mǎi)不起這個(gè)電池，就算買(mǎi)了也沒(méi)傳統(tǒng)電池劃算，這樣誰(shuí)會(huì)買(mǎi)吧，小材哥還是那句話，市場(chǎng)不認(rèn)可的老百姓買(mǎi)不起的研發(fā)都是屁，等死的貨，別推廣了，符合人民需求的不推廣也被民間口碑推廣的！




我認(rèn)為石墨烯可以大量代替汽車的鋼材等，使汽車減輕重量也是減少能量消耗的重要途徑。至于用石墨烯代替鋰電池等，恐怕行不通，蓄電與放電是氧化還原的兩個(gè)逆過(guò)程，石墨烯是很穩(wěn)定的材料，根本沒(méi)有這種特性，我看這是專牛角尖罷了。如果能搞出石墨烯電池的話，科學(xué)家們用十多年的時(shí)間研究，應(yīng)該能夠量產(chǎn)了，如果發(fā)現(xiàn)石墨烯有鋰電池等的類似功能，可能在中國(guó)24就能夠量產(chǎn)了，請(qǐng)不要有太多的期望，期望越大失望就越大。




有可能，但前路仍然漫漫。 現(xiàn)在電動(dòng)小汽車用電池主要有兩種兩種:一種是由幾千節(jié)18650電池串并的電池組，這種一般是純電動(dòng)小汽車;另一種是由若干個(gè)動(dòng)力電池(一般是方形狀)串并的電池組，這種一般用混合動(dòng)力小汽車。 電動(dòng)客車一般是動(dòng)力電池與超級(jí)電容組合。 現(xiàn)在的三元鋰電充電時(shí)間長(zhǎng)，衰減周期短，一般充放電幾千次就不適合汽車使用就要換電池。 超級(jí)電容可以極速充放電(充電時(shí)間幾秒到幾分)，幾乎沒(méi)有衰減，汽車用到報(bào)廢都沒(méi)問(wèn)題，但體積過(guò)大，貯電量少，一般用于電動(dòng)公交車上。 石墨烯電池基本上可以解決以上兩種問(wèn)題，但由于技術(shù)和量產(chǎn)問(wèn)題，單位成本超高，如果成本能降到社會(huì)普及可接受的程度，就可以代替現(xiàn)在應(yīng)用的電池。當(dāng)然超級(jí)電容也在發(fā)展，最后誰(shuí)先普及還不一定。 回答若對(duì)你有所幫助，不要忘了關(guān)注、點(diǎn)贊和轉(zhuǎn)發(fā)喲。 謝謝!




你這個(gè)是偽命題。至今為止，沒(méi)有石墨烯電池，你聽(tīng)說(shuō)的，其實(shí)是應(yīng)用石墨烯改善性能的鋰電池，仍然是鋰電池。石墨烯有兩個(gè)重要特性。一是極好的導(dǎo)電性，在鋰電池里加入石墨烯，能有效縮短充電時(shí)間，增大最大放電電流。這兩個(gè)都是蓄電池的主要性能指標(biāo)，還能減少內(nèi)部發(fā)熱。二是極好的導(dǎo)熱性，能把電池內(nèi)部發(fā)熱導(dǎo)出來(lái)，降低內(nèi)部溫度，這也能提高電池的最大放電電流，縮短充電時(shí)間，還能提高單位體積儲(chǔ)能，也就是同樣大小電池將更耐用。